1.本发明涉及一种激光直接沉积再制造壳体孔滚压凹槽的工艺方法，属于激光加工技术领域，主要针对的是材料强度为160-1275mpa的带有轴承孔的壳体类零件的轴承孔边缘的再制造。
背景技术：
2.带有轴承孔的壳体零件，在检修过程中通常要拆卸轴承套进行轴承更换或修复，但是一些轴承套在有孔的壳体零件中，其壳体孔边缘以滚压槽口的方式进行轴承固定，因此在拆卸时常常破坏掉原有的滚压固定边，才能顺利将轴承套取出。这就导致后续轴承套在壳体零件中重复安装时，需要再次对轴承套进行滚压槽口定位，然而轴承孔边缘材料经过滚压后会变薄且原固定口材料已被破坏去除，导致轴承孔口缺少加工出滚压凹槽的余量，无法再次实现轴承套的装配固定。此类缺陷情况，有采用手工电弧堆焊的方式进行局部加工余量的补充，但是由于电弧堆焊修复局部位置，焊后的母材及焊缝的冶金质量难以保证，常常产生裂纹等缺陷，同时堆焊过程较高的热输入可能对壳体孔产生一定的变形，导致轴承与壳体装配困难。
技术实现要素：
3.本发明涉及一种激光直接沉积再制造壳体孔滚压凹槽的工艺方法，目的是修复带有轴承，并使用滚压孔边缘槽口来定位轴承的壳体类零件，使得零件在检修过程中可破坏定位滚压槽口，自由拆卸检修轴承与轴承套。
4.本发明技术方案的具体内容是：
5.一种激光直接沉积再制造壳体孔滚压凹槽的工艺方法，主要针对的是材料强度为160-1275mpa的带有轴承孔的壳体类零件，其特征在于：该方法的步骤是：
6.(1)选择激光直接沉积材料；
7.(2)再制造前拆卸壳体孔中装配的轴承；
8.(3)拆卸后的壳体表面清理；
9.(4)再制造前尺寸测量；计算需沉积厚度，并设计扫描路径；
10.(5)激光直接沉积；采用激光填加粉末沉积方法恢复待滚压位置的尺寸；激光沉积的工艺参数为：激光功率500～800w，光斑直径0.6～0.8mm，激光移动速率400～500mm/min，相邻沉积道搭接率为40％-50％，送粉速率2-6g/min，送粉气流量5～10l/min，保护气流量10～15l/min，激光沉积的单层厚度控制在0.1～0.3mm之间，采用多层沉积完成；
11.(5)再制造后测量沉积厚度；
12.(6)根据轴承固定设计需要的收口尺寸，进行机加工沟槽；
13.(7)无损检测；
14.(8)轴承装配；
15.(9)滚压收口。
16.所述步骤(1)选择激光直接沉积材料是选用与壳体母材成分接近的材料，该材料应具有良好的成形性与延展性，沉积时不易产生裂纹，与母材结合良好，在滚压时应具有良好的延展性，制备粒度为53μm～106μm的粉末材料。
17.所述步骤(3)拆卸后的壳体表面清理；采用手持电枪打磨去除已经滚压到孔内的壳体材料，在原凹槽位置到轴承边缘的滚压处进行表面打磨去除表面防锈涂层及之前滚压产生的褶皱或压痕，随后钢丝轮抛光打磨表面，最后用丙酮擦洗。
18.所述步骤(4)再制造前尺寸测量；采用游标卡尺，对待修复部位尺寸及深度进行测量，记录测量数据，计算需沉积厚度
19.所述步骤(4)设计扫描路径。根据壳体孔边缘缺少余量的情况，将需要再制造的部位平均划分为多块区域，在沉积时，以圆为中心均匀地对称地完成局部区域的沉积。
20.所述步骤(5)激光直接沉积；对于壳体孔边缘降低修复热输入，使用表面测温仪测温，每层沉积完成控制基体温升在150℃以内再开始下一层沉积。
21.所述步骤(5)再制造后测量；采用游标卡尺测量沉积厚度；激光直接沉积层留有0.1～0.3mm的加工余量。
22.所述步骤(7)无损检测，采用荧光探伤方法。
23.所述步骤(9)滚压收口；用钢球或冲头进行滚压、压紧。
24.本发明的有益效果：本发明采用激光直接沉积制造凹槽具有以下优势：使用激光直接沉积方法可整体补充壳体孔边缘的余量，不用只针对局部缺肉的地方进行补充，保证了补充余量的材料的一致性，进而保证在后续滚压的过程中延展性能的一致；激光为高能量密度热源，在极短的时间内材料完成熔化与凝固，对零件基体的热影响较小，引起壳体工件的热变形小；激光直接沉积为自动化设备，在壳体孔边缘沉积时，可通过机器路径编程保证孔边缘沉积的圆度，避免手工修复时，孔边缘余量补充不均匀的情况，同时自动化设备在沉积路径移动时速度稳定，使得熔深稳定，搭接处不易出现缺陷；激光直接沉积的精度较电弧焊接修复高，单道送粉一次沉积厚度0.1～0.5mm，单道沉积宽度也较小，可直接制造出凹槽，后续加工余量较小；通过填加不同粉末对孔边缘进行沉积，能显著改善孔边缘材料的耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能。
具体实施方式
25.以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述：
26.1、一种激光直接沉积再制造壳体孔滚压凹槽的工艺方法，主要针对的是材料强度为160-1275mpa的带有轴承孔的壳体类零件，该方法的步骤是：
27.(1)选择激光直接沉积材料；选用与壳体母材成分接近的材料，该材料应具有良好的成形性与延展性，沉积时不易产生裂纹，与母材结合良好，在滚压时应具有良好的延展性，制备粒度为53μm～106μm的粉末材料。
28.(2)再制造前拆卸壳体孔中装配的轴承；避免在激光直接沉积过程中产生过大的热量导致轴承变形。
29.(3)拆卸后的壳体表面清理；采用手持电枪打磨去除已经滚压到孔内的壳体材料，在原凹槽位置到轴承边缘的滚压处进行表面打磨去除表面防锈涂层及之前滚压产生的褶皱或压痕，随后钢丝轮抛光打磨表面，尽可能使得打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗，露出
金属光泽。
30.(4)再制造前尺寸测量；采用游标卡尺，对待修复部位尺寸及深度进行测量，记录测量数据，计算需沉积厚度并设计扫描路径。扫描路径是根据壳体孔边缘缺少余量的情况，将需要再制造的部位平均划分为多块区域，在沉积时，以圆为中心均匀地对称地完成局部区域的沉积。例如，将需要再制造的圆弧，以时钟位置划分多块区域，可先沉积12点方向，之后沉积6点方向，然后沉积3点方向，再沉积9点方向，以此类推。在需沉积厚度较大，沉积层数较多的情况下，使用整圈沉积扫描的路径时，应不断变换起始点与终点的位置，如第一层12点钟为起始点，第二层3点钟为起始点，第三层9点钟为起始点，第四层12点钟为起始点，同时在相邻层应交替使用顺时针与逆时针的不同的方向路径。这种将圆弧区域划分为多块、变换起始点和变换顺逆时针方向的的扫描方式，可有效平衡沉积过程产生的应力，使得应力均匀分布，相互抵消，防止壳体孔边缘的变形，避免轴承无法装配。
31.(5)激光直接沉积；采用激光填加粉末沉积方法恢复待滚压位置的尺寸；激光沉积的工艺参数为：激光功率500～800w，光斑直径0.6～0.8mm，激光移动速率400～500mm/min，相邻沉积道搭接率为40％-50％，送粉速率2-6g/min，送粉气流量5～10l/min，保护气流量10～15l/min，激光沉积的单层厚度控制在0.1～0.3mm之间，采用多层沉积完成；对于壳体孔边缘等散热不利的地儿，适当降低修复热输入，避免出现壳体内孔变形，导致轴承装配不利，同时修复过程使用表面测温仪测温，每层沉积完成控制基体温升在150℃以内再开始下一层沉积。
32.(5)再制造后测量沉积厚度；采用游标卡尺测量沉积厚度；保证激光直接沉积层留有0.1～0.3mm的加工余量且覆盖所有缺陷区域。
33.(6)根据轴承固定设计需要的收口尺寸，进行机加工沟槽；保证再制造区域有足够的滚压余量，加工后的待滚压处应光滑平整，无毛刺。
34.(7)无损检测；采用荧光探伤方法，对加工后的激光沉积层进行检查，要求沉积层无裂纹等线性缺陷。
35.(8)轴承装配；依据轴承装配要求在壳体上进行装配，在装配时应避免碎屑或粉末落入壳体孔内或轴承内，装配过程允许壳体内部出现局部擦伤，如无特殊的防腐蚀要求，轴承与壳体孔的配合表面应涂润滑脂。在装配时，注意安装工具的压头仅压在轴承外圈上，不可按压轴承内圈。
36.(9)滚压收口；用钢球或冲头进行滚压、压紧后由沟槽到壳体上允许存在滚压痕迹，已经表面处理过的壳体上滚压过的地方，要涂防锈涂层。
37.实施例1
38.某型飞机的主起后盖零件，主起后盖母材为30crmnsini2a高强钢。该零件安装有关节轴承，其轴承套与主起后盖孔的配合为基轴制，轴承外圈直径达60mm。原始配合为主起后盖轴承套孔边缘有凹槽，待轴承套安装后，使用钢球沿着专用凹槽的圆周均匀压紧。但在飞机检修时，对磨损的轴承进行了更换，为取出轴承，对压紧的专用凹槽进行了破坏才可以取出轴承套，这导致在重复装配轴承套时，原有专用凹槽已被破坏，使用机加工的办法重新加工专用凹槽缺少母材余量。分析了轴承孔边缘的缺少的余量情况，明确了需要选择的再制造材料，通过以上分析，实施以下具体步骤：
39.(1)制备粉末。选择与壳体母材近似的30crmnsia钢的激光直接沉积材料。该材料
与母材相比，降低了ni元素含量，减少了材料的淬透性，同时强度有所下降，约1100mpa，具有良好的成形性与延展性，沉积时不易产生裂纹，与母材结合良好，应具有良好的切削加工性能，在滚压时应具有良好的延展性，使用气雾化法或旋转电极法制备粒度为53μm～106μm的球形粉末材料，确保其粉末使用时的流动性。
40.(2)再制造前零件拆卸。拆卸之前在壳体孔中装配的轴承与轴承套，避免在激光直接沉积过程中使得轴承或轴承套发生变形，导致后续装配困难。
41.(3)再制造前表面清理。采用手持电枪打磨去除已经滚压到孔内的壳体材料，在原凹槽位置到轴承边缘的滚压处进行表面打磨去除表面防锈涂层及之前滚压产生的褶皱或压痕，随后钢丝轮抛光打磨表面，尽可能使得打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗，露出金属光泽。原有凹槽部位与基体处的结合区，应进行圆滑过渡。
42.(4)再制造前尺寸测量。采用游标卡尺，对主起后盖待修复部位尺寸及深度进行测量，记录测量数据，其凹槽深度约为0.6mm，依据单层沉积厚度计算，需要沉积3层，凹槽为与壳体孔同圆心的圆形凹槽，凹槽截面为v型，需沉积制备v型槽一侧的半梯形薄璧，依据计算需沉积3层，每一层将圆弧均匀划分为12块，对称地均匀地逐次沉积每一块区域，在相邻层、相邻道间变换顺逆时针的方向。
43.(5)激光直接沉积。采用激光填加粉末沉积方法恢复待滚压位置的尺寸。激光沉积的工艺参数为：激光功率700w，光斑直径调整为0.8mm，激光移动速率400～500mm/min，相邻沉积道搭接率为45％，送粉速率4g/min，送粉气流量10l/min，保护气流量12l/min，激光沉积的单层厚度控制在0.2～0.25mm，采用3层沉积完成。对于壳体孔边缘等散热不利的地儿，适当降低修复热输入，避免出现壳体内孔变形，导致轴承装配不利，同时修复过程使用表面测温仪测温，每单层沉积完成控制基体温升在150℃以内再开始下一层沉积。
44.(6)再制造后测量。采用游标卡尺测量沉积厚度，保证激光直接沉积层留有0.1～0.2mm的加工余量且覆盖所有待修复区域。
45.(7)机加工沟槽。根据轴承固定设计需要的收口尺寸，进行沟槽的机加工，保证再制造区域有足够的滚压余量，加工后的待滚压处应光滑平整，无毛刺。
46.(8)无损检测。采用荧光探伤方法，对加工后的激光沉积层进行检查，要求沉积层无裂纹等线性缺陷。
47.(9)轴承套装配。依据轴承套装配要求在主起后盖的孔中进行装配，在装配时应避免碎屑或粉末落入装配孔或轴承内，装配过程允许壳体内部出现局部擦伤，如无特殊的防腐蚀要求，轴承套与壳体孔的配合表面应涂润滑脂。
48.(10)滚压收口。用钢球沿着轴承孔的专用凹槽进行均匀滚压，压紧后由沟槽到壳体上允许存在滚压痕迹，已经表面处理过的壳体上滚压过的地方，要涂防锈涂层。
49.(11)再制造后的检查
50.使用本方法对主起后盖零件的孔边缘进行了再制造，再制造后的孔无变形，轴承套可重复装配，所获得孔边缘余量充足，切削加工性好，可根据图纸与技术条件加工出滚压专用凹槽，在使用标准的滚压钢球后，孔边缘可完好固定轴承套，滚压区域经荧光检测后无裂纹缺陷。
51.与现有技术相比，采用本发明技术方案再制造的孔无变形，再制造区域切削加工性好，轴承装配后，尺寸满足装配要求，对专用凹槽进行滚压后，滚压区表面平整，经荧光检
测未发现滚压区有裂纹出现，此工艺可实现该零件的轴承多次检修重复装配。目前修复的零件已实现装机。
52.实施例2
53.某型飞机的导流板零件，母材为tc18钛合金，强度约1250mpa。该零件安装有球轴承，其轴承套与主起后盖孔的配合为基轴制，轴承外圈直径24mm。原始配合为轴承孔边缘无专用凹槽，孔边缘使用钢球六点均匀压紧定位。但在飞机检修时，对磨损的轴承进行了更换，为取出轴承，对压紧的孔边缘进行了破坏才可以取出轴承，这导致在重复装配轴承套时，原有压紧位置已无滚压的余量。分析了轴承孔边缘的缺少的余量情况，明确了需要选择的再制造材料，通过以上分析，实施以下具体步骤：
54.(1)制备粉末。选择与壳体母材近似的ta20钛合金的激光直接沉积材料。该材料与母材相比，钛含量更高，可焊性更好，强度略低于tc18钛合金，，沉积时不易产生裂纹，与母材结合良好，具备良好的切削加工性能，在滚压时应具有良好的延展性，使用气雾化法或旋转电极法制备粒度为53μm～106μm的球形粉末材料，确保其粉末使用时的流动性。
55.(2)再制造前零件拆卸。拆卸之前在壳体孔中装配的轴承与轴承套，避免在激光直接沉积过程中使得轴承或轴承套发生变形，导致后续装配困难。
56.(3)再制造前表面清理。采用手持电枪打磨去除已经滚压到孔内的壳体材料，在原滚压位置到轴承边缘的滚压处进行表面打磨去除表面防锈涂层及之前滚压产生的褶皱或压痕，随后钢丝轮抛光打磨表面，尽可能使得打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗，露出金属光泽。原有滚压部位与基体处的结合区，应进行圆滑过渡。
57.(4)再制造前尺寸测量。采用游标卡尺，对导流板待修复部位尺寸及深度进行测量，记录测量数据，其待沉积部位深度约为0.4mm，依据单层沉积厚度计算，需要沉积2层，待沉积部位为均匀分布在圆周的六块区域，对称地均匀地逐次沉积每一块区域，在相邻层、相邻道间变换顺逆时针的方向。
58.(5)激光直接沉积。采用激光填加粉末沉积方法恢复待滚压位置的尺寸。激光沉积的工艺参数为：激光功率600w，光斑直径调整为0.8mm，激光移动速率400～500mm/min，相邻沉积道搭接率为40％，送粉速率3g/min，送粉气流量10l/min，保护气流量15l/min，激光沉积的单层厚度控制在0.2～0.25mm，采用2层沉积完成。对于壳体孔边缘等散热不利的地儿，适当降低修复热输入，避免出现壳体内孔变形，导致轴承装配不利，同时修复过程使用表面测温仪测温，每单层沉积完成控制基体温升在150℃以内再开始下一层沉积。
59.(6)再制造后测量。采用游标卡尺测量沉积厚度，保证激光直接沉积层留有0.1～0.2mm的加工余量且覆盖所有待修复区域。
60.(7)沉积后打磨。根据轴承固定设计需要的滚压要求，进行待滚压区域的打磨，保证再制造区域有足够的滚压余量，加工后的待滚压处应光滑平整，无毛刺。
61.(8)无损检测。采用荧光探伤方法，对加工后的激光沉积层进行检查，要求沉积层无裂纹等线性缺陷。
62.(9)轴承装配。依据轴承套装配要求在导流板的孔中进行装配，在装配时应避免碎屑或粉末落入装配孔或轴承内，装配过程允许壳体内部出现局部擦伤，如无特殊的防腐蚀要求，轴承套与壳体孔的配合表面应涂润滑脂。
63.(10)滚压收口。用钢球沿着轴承孔边缘进行六点均匀滚压，压紧后滚压处到壳体
上允许存在滚压痕迹，已经表面处理过的壳体上滚压过的地方，要涂防锈涂层。
64.(11)再制造后的检查
65.使用本方法对导流板零件的孔边缘进行了再制造，再制造后的孔无变形，轴承可重复装配，所获得孔边缘余量充足，切削加工性好，可根据图纸与技术条件可加工待滚压的边缘，在使用标准的滚压钢球后，孔边缘可完好固定轴承套，滚压区域经荧光检测后无裂纹缺陷。
66.与现有技术相比，采用本发明技术方案再制造的孔无变形，再制造区域切削加工性好，轴承装配后，尺寸满足装配要求，对孔边缘进行滚压后，滚压区表面平整，经荧光检测未发现滚压区有裂纹出现，此工艺可实现该零件的轴承多次检修重复装配。目前修复的零件已实现装机。